1.2 机床的运动与传动
机床的运动就是使刀具按一定规律切除毛坯上多余金属，从而获得具有一定几何形状、尺寸精度、位置精度和表面质量的工件的一系列运动。
1.2.1 机床的运动
机床的运动按其功用不同可分为表面成形运动和辅助运动。下面以车削加工中的运动为例，介绍机床的运动，如图1-1所示。
图1-1 表面成形运动简图
1. 表面成形运动
表面成形运动是使工件获得一定表面形状所必需的刀具与工件间的相对运动。表面成形运动的形式和数量，决定了被加工表面的形状、所采用的加工方法和刀具的结构。表面成形运动可分为机床的主运动和机床的进给运动。
机床的主运动是使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本的运动，它的特点是速度较高及消耗的动力较多。主运动常常是回转运动，可以是工件回转（如车床的主运动），也可以是刀具回转（如钻床、铣床、镗床等的主运动），常以n（r/min）表示。主运动也有是直线运动的（如刨床、拉床等）。
机床的进给运动是使主运动能够继续切除工件上多余的金属，以便形成工件表面所需的运动，它的特点是速度较低、消耗的动力较少。进给运动可由刀具完成（如图示刀具的进给运动），也可由工件完成（如铣床、镗床和磨床等的进给运动）；可以是连续的（如车床的进给运动），也可以是间歇的（如刨床的进给运动）；可以是一个（如车削外圆柱表面加工），也可以有几个（如滚齿加工）。个别情况没有进给运动（如拉削加工）。
2. 辅助运动
机床的辅助运动是指机床上除表面成形运动以外，机床上其他所需的运动。其作用是实现机床的各种辅助动作。
从现代数控机床控制角度来看，机床运动同样可分为主运动、进给运动和辅助运动3大类。主运动同前面的定义一样。而进给运动则可定义为机床主机上除主运动以外的刀具移动、工件移动和工件转动等有关刀具和工件的机床运动。辅助运动是除主运动和进给运动以外的机床上所有的其他运动（如主轴变速、自动换刀、工件自动夹紧和工件自动交换等运动）。
3. 金属切削加工
金属切削加工是用切削工具（包括刀具、磨具和磨料）把坯料或工件上多余的材料层切去成为切屑，使工件获得相应的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。任何切削加工都必须具备3个基本条件：切削工具（常称为刀具）、工件和切削运动。
切削运动是刀具与工件之间的相对运动，它由形成切削力的主运动、保证切削连续进行的进给运动组成。主运动和进给运动之间有准确的比例关系形成的合成运动称为合成切削运动（如车削螺纹时的两个运动）。
1.2.2 机床的传动
1. 机床传动的组成
为获得加工过程中所必需的各种运动，机床应具备3个基本部分：
（1）执行件。执行件是执行运动的部件，如主轴、刀架、工作台等。其任务是带动工件和刀具完成旋转和直线运动，并保证准确的运动轨迹。
（2）动力源。动力源是为执行件提供运动和动力的装置，有交流异步电机、直流电机、步进电机等各种电机。可以几个运动共用一个动力源，也可以每个运动单独使用一个动力源。
（3）传动装置。传动装置是传递运动和动力的装置。通过它把动力源的动力传递给执行件和把一个执行件的运动传递给另一个执行件，并使有关执行件之间保持某种确定的运动关系。传动装置还可以变换运动性质、方向和速度。
机床的传动装置有机械、液压、电气、气压等多种形式。
2. 机床的传动链和传动原理图
在机床上，为了得到所需的运动，需要通过一系列的传动件把执行件和动力源，或者把执行件和执行件连接起来，这种连接称为传动联系。构成一个传动联系的按一定规律排列的一系列传动件，称为传动链。一条传动链由该链的两端件及两端件之间的一系列传动机构所构成。传动链中通常包含两类传动机构：一类是传动比和传动方向固定不变的传动机构，如定比齿轮副、蜗杆蜗轮副、丝杠和螺母副，称为定比传动机构；另一类是根据加工要求可以变化传动比和传动方向的传动机构，如滑移齿轮变速机构、变向机构等。
传动系统图用规定的简单符号表示传动系统中的各传动元件，并按照运动传递顺序，以展开图的形式绘在一个能反映机床外形及主要部件相互位置的投影面上，用以了解及分析机床运动源与执行件或执行件与执行件之间的传动联系及传动结构的一种示意图。如图1-2所示为一台数控铣床的传动系统图。传动系统图表示了一台机床所有的运动及其传动联系，也具体表示各传动链的传动元件的结构类型以及进行调整计算所需的主要运动参数。
图1-2 XK5040数控铣床传动系统图
在传动系统图中各传动元件是按照运动传递的先后顺序，以展开图的形式画出来的。传动系统图中通常还需注明齿轮的齿数（有时也注明其编号和模数）、带轮直径、丝杠的导程和线数、电机的转速和功率、传动轴的编号等。传动轴编号通常是从动力源（电机等）开始，按运动传递顺序，顺次地用罗马数字Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，…表示。
在阅读传动系统图时，首先要了解该机床所具有的执行件及其运动方式，以及执行件之间是否要保持传动联系，然后分析从运动源至执行件或执行件至执行件之间的传动顺序、传动结构及传动关系。以下对如图1-2所示传动系统图进行分析。该铣床具有两个执行件，即主轴和工作台。机床工作时，主轴旋转进行主运动，工作台进行往复直线移动。
（1）主运动。XK5040型数控铣床的主运动由7.5kW/1450r/min的主电机驱动，经带传动到第Ⅰ轴，通过Ⅰ～Ⅱ轴间的三联滑移齿轮变速组，Ⅱ～Ⅲ轴间的三联滑移齿轮变速组，Ⅲ～Ⅳ轴间双联滑移齿轮变速组传至Ⅳ轴，再经Ⅳ～V轴间的一对锥齿轮副及V～Ⅵ轴上的一对圆柱齿轮传至主轴Ⅵ，使主轴获得18级转速。由电机至主轴间的传动联系，可简明地用传动路线表达式表示如下：
（2）进给运动。进给运动有工作台纵向、横向和垂向3个方向的运动。
① 纵向、横向进给运动，由FB-15直流伺服电机驱动，经圆柱齿轮传动带动滚珠丝杠转动，通过丝杠螺母机构实现往复直线运动。
② 垂直方向进给运动，由FB-25直流伺服电机驱动，经齿轮传动带动滚珠丝杠转动。实现垂向进给的伺服电机带制动器，当断电时Z向刹紧，以防止升降台因自重而下滑。